2025版高考化学一轮总复习提升训练第三章金属及其化合物第十讲金属材料与金属的冶炼考点一铝及其化合物微考点二含铝化合物的制备与转化

这是一份2025版高考化学一轮总复习提升训练第三章金属及其化合物第十讲金属材料与金属的冶炼考点一铝及其化合物微考点二含铝化合物的制备与转化，共6页。

B．“树脂净化”的目的是将Al3＋与Fe3＋、Ca2＋分离
C．“蒸发结晶”前应向氯化铝溶液中加入盐酸
D．循环使用X既降低成本，又防止污染环境
[思路点拨] 结合粉煤灰的主要成分、各步骤加入试剂及反应等分析如下：
[解析] 由流程可知，加入盐酸，过滤分离出的滤渣为SiO2，酸浸液中含Al3＋、Fe3＋、Ca2＋，“树脂净化”分离出Fe3＋、Ca2＋，AlCl3的酸性溶液可抑制Al3＋水解，蒸发结晶分离出的X为HCl，焙烧生成Al2O3和Y。只有二氧化硅不反应，“滤渣”的主要成分是SiO2，A正确；由制备的最终产物Al2O3及流程可知，“树脂净化”的目的是将Al3＋与Fe3＋、Ca2＋分离，B正确；酸浸时盐酸过量，“蒸发结晶”前溶液显酸性，为AlCl3的酸性溶液，不需要加盐酸，C错误；X为HCl，可在酸浸时循环使用，循环使用X既降低成本，又防止污染环境，D正确。
2．(2024·山西晋城高三检测)“铝渣”是铝工业的副产品，主要成分为Al、AlF3、LiF、CaO。利用“铝渣”制备Li2CO3的流程如图所示：
已知：LiHCO3易溶于水；Li2CO3在不同温度下的溶解度如下表。
回答下列问题。
(1)“酸浸”过程不能在玻璃反应釜中进行，其主要原因是 生成的HF会腐蚀玻璃 。
(2)“沉淀”反应得到沉淀中，其成分有CaCO3、 Li2CO3、Al(OH)3 。
(3)“转化”步骤的目的是 将CaCO3、Li2CO3转化为易溶于水的碳酸氢盐，便于与Al(OH)3分离 。
(4)“除钙”时温度不能太高，否则会影响Li2CO3的产率，其原因是 2LiHCO3eq \(=====,\s\up9(高温))Li2CO3＋CO2↑＋H2O (用化学方程式表示)。
(5)从“热分解”后的溶液中获得Li2CO3晶体的操作是蒸发结晶、 趁热过滤 、洗涤、干燥。
(6)利用表中数据计算100 ℃时Li2CO3的Ksp近似值为 4×10－3 。
(7)以Li2CO3为原料采用固相法可制备锂离子电池的正极材料LiMn2O4，其制备过程：将MnO2和Li2CO3按一定物质的量之比配料，球磨后，高温加热，反应过程会产生两种气体，则两种气体的物质的量之比为 2∶1 (要求：密度大的气体与密度小的气体作比)。
[解析] “铝渣”主要成分为Al、AlF3、LiF、CaO，经浓硫酸酸浸后，氟化物转化为HF气体逸出，部分氧化钙转化为微溶的硫酸钙以滤渣形式除去，得到的滤液中含铝离子、锂离子和少量钙离子，再加入碳酸钠溶液后，会生成CaCO3、Li2CO3、Al(OH)3沉淀，过滤后的滤液分离除去，滤渣中再通入二氧化碳和水，使其中的碳酸盐转化为可溶于水的碳酸氢盐，从而过滤除去Al(OH)3沉淀，再加入磷酸锂稀溶液使钙离子转化为磷酸钙沉淀，达到“除钙”目的，碳酸氢锂溶液经过热分解和一系列操作生成碳酸锂、二氧化碳和水。
(1)“酸浸”过程会产生HF，因为HF会腐蚀玻璃，所以不能在玻璃反应釜中进行。
(2)依据上述分析可知，“沉淀”反应得到沉淀中有CaCO3、Li2CO3、Al(OH)3。
(3)沉淀过程有CaCO3、Li2CO3、Al(OH)3生成，所以通入二氧化碳和水，会使CaCO3、Li2CO3分别转化为可溶于水的Ca(HCO3)2、LiHCO3，再经过滤可除去Al(OH)3沉淀。
(4)因为LiHCO3的性质与NaHCO3相似，可推知，若温度过高，LiHCO3受热易分解，其化学方程式为2LiHCO3eq \(=====,\s\up9(高温))Li2CO3＋CO2↑＋H2O。
(5)根据Li2CO3在不同温度下的溶解度数据可知，随着温度的升高，Li2CO3的溶解度不断减小，所以从“热分解”后的溶液中获得Li2CO3晶体的操作是蒸发结晶、趁热过滤、洗涤、干燥。
(6)100 ℃时，Li2CO3的溶解度为0.740 g/100 g H2O，则溶质Li2CO3的物质的量为eq \f(0.740 g,74 g/ml)＝0.01 ml，其浓度约为eq \f(0.01 ml,0.100 L)＝0.1 ml/L，所以Ksp＝c2(Li＋)·c(COeq \\al(2－,3))＝4×10－3。
(7)MnO2和Li2CO3发生反应转化为LiMn2O4过程中，Mn元素化合价降低，根据氧化还原反应的规律可知，必有元素化合价升高，C元素和Li元素化合价均已是最高价，所以推知必产生O2，另一种气体应为CO2，根据氧化还原反应的配平原则可知，反应的化学方程式为8MnO2＋2Li2CO3eq \(=====,\s\up9(△))4LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑，又因为密度CO2>O2，则两种气体的物质的量之比为2∶1。
归纳拓展：
含铝杂质的提纯方法归类
利用Al、Al2O3、Al(OH)3可溶于强碱的特性，可除去许多物质中的含铝杂质。如：
1 Mg(Al)：加足量NaOH溶液；
2 Fe2O3(Al2O3)：加足量NaOH溶液；
3 Mg(OH)2[Al(OH)3]：加足量NaOH溶液；
4 Mg2＋(Al3＋)：加过量NaOH溶液，过滤，再加酸充分溶解。
【对点训练】
1．(2022·湖南卷，7)铝电解厂烟气净化的一种简单流程如下：
下列说法错误的是( C )
A．不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料
B．采用溶液喷淋法可提高吸收塔内烟气吸收效率
C．合成槽中产物主要有Na3AlF6和CO2
D．滤液可回收进入吸收塔循环利用
[解析] 烟气中含有HF，陶瓷中含有二氧化硅，两者会发生反应：4HF＋SiO2===2H2O＋SiF4↑，对陶瓷造成腐蚀，A正确；喷淋液体，与烟气逆向接触，使得反应物接触面积增大，反应速率快，可提高吸收效率，B正确；因为吸收塔中加入了过量的Na2CO3，吸收塔中的产物为NaHCO3、NaF，合成槽中反应的物质均为碱性物质，故不能生成CO2，C错误；合成槽中会发生反应：AlOeq \\al(－,2)＋HCOeq \\al(－,3)＋H2O===Al(OH)3↓＋COeq \\al(2－,3)，滤液中会含有Na2CO3，可进入吸收塔循环利用，D正确。
2．(2024·辽宁百校联盟质检)粉煤灰是火力发电厂的废渣，高铝粉煤灰成分为51% Al2O3、33% SiO2、8% CaO、3% Fe2O3和5%的C。实验室模拟工业从高铝粉煤灰提取Al2O3的流程如图。
查阅资料：粉煤灰中加入活化剂，在700 ℃煅烧2 h，随后酸浸，能显著提高其中氧化铝和氧化钙的溶出率。
回答下列问题：
(1)粉煤灰粉碎过筛的目的是 增大反应物接触面积，加快反应速率 ，流程中制得的粗氧化铝中含有的主要杂质有 Fe2O3 (填化学式)。
(2)酸浸时 不能 (填“能”或“不能”)用稀硫酸代替盐酸，原因为 若加入稀硫酸，生成的硫酸铝加热灼烧不能得到氧化铝 。
(3)不同活化剂对酸浸时溶出率影响如表，酸浸时，为使氧化铝的溶出率最高，则选择的活化剂为 CH3COONa ；与温度的关系如图，则应选择的温度为 170 ℃。
(4)加入NaF的目的是沉淀钙离子，若使钙离子完全沉淀[c(Ca2＋)<10－4 ml·L－1]，则要确保溶液中c(F－)不低于 0.001 2 ml·L－1 [Ksp(CaF2)＝1.44×10－10]。
(5)工业上采用电解氧化铝制铝，若用100 t上述高铝粉煤灰，不计损失，理论上可得金属铝 27 t。
[解析] 高铝粉煤灰成分为51% Al2O3、33% SiO2、8% CaO、3% Fe2O3和5%的C，活化焙烧后，C与O2反应生成CO2逸出，剩余Al2O3、SiO2、CaO和Fe2O3，加入盐酸酸浸过滤，残渣为SiO2，滤液中含Al3＋、Ca2＋、Fe3＋、H＋、Cl－，再加入NaF沉淀Ca2＋，过滤后得到CaF2，滤液加热、蒸干灼烧得到粗氧化铝，混有Fe2O3。
(1)粉煤灰粉碎过筛的目的是增大反应物接触面积，加快反应速率，提高浸取速率和浸出率；分析流程可知，制得的粗氧化铝中含有的主要杂质有Fe2O3。
(2)由于采用的是直接加热、蒸干灼烧的方法获取氧化铝，因此先得到氢氧化铝，再进一步分解生成氧化铝，若加入稀硫酸，生成的硫酸铝加热蒸干不可能得到氢氧化铝，所以酸浸时不能用稀硫酸代替盐酸。
(3)由表中数据可知，选用CH3COONa时，Al溶出率最高，Ca溶出率最低，则选择的活化剂为CH3COONa；由图可知酸浸时氧化铝的溶出率与温度的关系，则选择的温度为170 ℃时，氧化铝的溶出率较大，且温度更高时氧化铝的溶出率变化不大。
(4)加入NaF的目的是沉淀钙离子，若使钙离子完全沉淀[c(Ca2＋)<10－4 ml·L－1]，Ksp(CaF2)＝c(Ca2＋)·c2(F－)＝1.44×10－10，c(F－)＝eq \r(\f(1.44×10－10,10－4)) ml·L－1＝0.001 2 ml·L－1，若使钙离子完全沉淀，则要确保溶液中c(F－)不低于0.001 2 ml·L－1。
(5)高铝粉煤灰中含有51%的Al2O3,100 t上述高铝粉煤灰含Al2O3为51%×100 t＝51 t。设理论上可制得金属铝的质量为x，则
2Al2O3eq \(=====,\s\up9(电解),\s\d8(冰晶石))4Al＋3O2↑
2×102 4×27
51 t x
eq \f(2×102,51 t)＝eq \f(4×27,x)
解得x＝27 t
即理论上可得金属铝质量为27 t。
归纳拓展：
1 Al3＋、Al(OH)3和AlOeq \\al(－,2)之间的转化关系
2 基于“两性”类比推测Be、Zn及其化合物的性质
(1)Be、Zn都能溶于强酸、强碱溶液
①与NaOH溶液反应：Be＋2NaOH===Na2BeO2＋H2↑、Zn＋2NaOH===Na2ZnO2＋H2↑。
②与稀盐酸反应：Be＋2HCl===BeCl2＋H2↑、Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑。
(2)BeO、ZnO都能与强酸、强碱溶液反应
①与NaOH溶液反应：BeO＋2NaOH===Na2BeO2＋H2O、ZnO＋2NaOH===Na2ZnO2＋H2O。
②与稀盐酸反应：BeO＋2HCl===BeCl2＋H2O、ZnO＋2HCl===ZnCl2＋H2O。
(3)Be(OH)2、Zn(OH)2都能与强酸、强碱溶液反应
①与NaOH溶液反应：Be(OH)2＋2NaOH===Na2BeO2＋2H2O、Zn(OH)2＋2NaOH===Na2ZnO2＋2H2O。
②与稀盐酸反应：Be(OH)2＋2HCl===BeCl2＋2H2O、Zn(OH)2＋2HCl===ZnCl2＋2H2O。步骤
反应
“酸浸”
加入过量盐酸，Al2O3、Fe2O3、CaO转化为AlCl3、FeCl3和CaCl2进入滤液，SiO2形成滤渣
“树脂
净化”
“树脂净化”得到AlCl3的酸性溶液eq \(――→,\s\up9(推出))该过程分离除去了Fe3＋、Ca2＋
“蒸发
结晶”
AlCl3的酸性溶液进行“蒸发结晶”eq \(――→,\s\up9(推出))可抑制Al3＋水解eq \(――→,\s\up9(推出))不需再加入盐酸
温度/℃
0
10
20
50
75
100
溶解度/(g/100 gH2O)
1.593
1.406
1.329
1.181
0.866
0.740
活化剂
Na3PO4
Na2HPO4
Na2SO4
CH3COONa
Al溶出率
83.82%
83.62%
77.55%
90.96%
Ca溶出率
97.10%
97.75%
96.79%
90.96%